关于智能建筑智能化网络设计的几点思考
若水分享
1147
摘要:本文讨论了网络布局、综合布线和弱电方面的技术,配合图片进行描述,以及从中获得的现实指导意义。
关键词:智能建筑 网络设计
1 绪论
智能建筑(Intelligent Building)简称IB,是信息时代和计算机应用科学的必然产物,是现代高科技与建筑完美结合。它一般被认为是利用系统集成方法,将计算机技术、通讯技术、信息技术和建筑艺术有机结合,通过对设备的自动监控,对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其建筑的优化组合,所获得的投资合理、适合信息社会要求并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。
2 需求分析和设计标准
时下,智能建筑正向着集成化、智能化、协调化方向发展,实现智能化管理已成为重要标志。国外对智能大楼的研究早在80年代初就开始了,并在大厦出租率、投资回收率、经济效益等方面取得成功。在设计上考虑了以下几点:①实用性——即能支持各种数据通信、多媒体技术以及信息管理系统等,并且能适应现代和未来技术的发展,保证15~20年不落后;②灵活性——即任意信息点能够连接不同类型的设备,如微机、打印机、终端、服务器等;③开放性——即能支持任何厂家的任意网络产品,支持任意网络结构(总线型、星型、环型等);④模块化——结构化布线系统中除去固定于建筑物内的水平线缆外,其所有的接插件都是积木式的标准件,以方便使用管理和扩充;⑤扩展性——实施后的结构化布线系统是可扩充的,以便将来有更大的需求时,很容易将设备安装进去;⑥经济性——一次性投资,维护费用极低,使整体投资达到最佳。
3 智能建筑中的弱电系统
智能建筑弱电技术的定义为智能建筑弱电系统是以建筑环境和系统集成为平台,主要通过综合布线系统作为传输网络基础通道,由各种弱电技术与建筑环境的各种设施有机结合和综合运用形成各个子系统,从而构成了符合智能建筑功能等方面要求的建筑环境。
智能建筑中的弱电主要有两类:一类是国家规定的安全电压等级及控制电压等低电压电能,有交流与直流之分,如24V直流控制电源,或应急照明灯备用电源。另一类是载有语音、图像、数据等信息的信息源,如电话、电视、计算机的信息。
智能建筑弱电技术基本涵义仍然是原来意义上的弱电技术,只不过随着现代弱电高新技术的迅速发展,智能建筑中的弱电技术应用越来越广泛。它是由现代计算机技术、现代通信技术、现代自动控制技术和现代图像显示技术、综合布线技术、系统集成技术等现代信息技术以及其他现代高新技术与建筑技术的有机结合构成的,弱电技术的应用程度决定了智能建筑的智能化程度。
在总体结构上,我们建议设置一个中央控制室,所有子系统的控制中心(包括消防控制中心)都集中到中控室,这样做既方便了管理又节省了不少人力、财力、物力。考虑到各种因素,中控室可以用玻璃墙隔成不同的区域,以放置各子系统的控制柜。
在各子系统配置上①安全防范系统:闭路电视监控系统:对大厦主要部位进行24小时实施监视。并作记录,以便发生事故后备查。②信息管理系统:停车场系统:智能收费和管理系统。楼宇控制系统:实现机电设备的监控从而节约能源、节省经费;实现所有智能系统的集中管理。③信息网络系统:以太网接入:为增值服务提供平台。有线及卫星系统:获得娱乐的主要手段。综合布线系统:建立通讯网络(即信息网络)基础通道。手机信号放大系统:处处无手机信号盲区。
网络拓扑结构设计(如图1)
综合布线系统结构(如图2)
综合布线系统应采用星型拓扑结构,该结构下的每个分支子系统都是相对独立的单元,对每个分支单元系统改动都不影响其他子系统。参考国际标准的规定,将建筑物综合布线系统分为六个子系统:①工作区子系统②配线(水平)子系统③干线(垂直)子系统④设备间子系统⑤管理子系统⑥建筑群子系统。(如图3)
工作区子系统(如图4) 工作区子系统由终端设备连接到信息插座的连线(或软线)组成。它包括装配软线、连接件和连接所需的扩展软线,并在终端设备和输入/输出(I/O)之间搭接,相当于电话配线系统中连接话机的用户线及话机终端部分。在智能大厦综合布线系统中,工作区常用术语服务区(coveragearea)替代,通常服务区大于工作区。终端设备可以是电话、微机和数据终端,也可以是仪器仪表、传感器探测器。
水平布线子系统(如图5) 水平区子系统应由工作区用的信息插座,楼层分配线设备至信息插座的水平电缆、楼层配线设备和跳线等组成。一般情况,水平电缆应采用4对双绞线电缆。在水平子系统有高速率应用的场合,应采用光缆,即光纤到桌面。水平子系统根据整个综合布线系统的要求,应在二级交接间、交接间或设备间的配线设备上进行连接,以构成电话、数据、电视系统和监视系统,并方便地进行管理。水平子系统的电缆长度应小于90米,信息插座应在内部做固定线连接。
管理间子系统(如图6) 管理间子系统应由交接间的配线设备,输入/输出设备等组成,也可应用于设备间子系统中。其主要设备是配线架、跳线、交换机或集线器、理线器、机柜等。其主要功能是对本层楼所有的信息点实现配线管理及功能变换,以及连接本楼层的水平子系统和垂直干线子系统。
垂直干线子系统(如图7) 垂直干线子系统应由设备间子系统、管理子系统和水平子系统的引入口设备之间的相互连接电缆组成。它连接通讯室、设备间和入口设备,包括主干电缆、中间交换和主交接、机械终端和用于主干到主干交换的接插线或插头。主干布线要采用星形拓扑结构,接地应符合EIA/TIA607规定的要求。垂直干线子系统应由设备间的配线设备和跳线以及设备间至各楼层分配线间的连接电缆组成。
设备间子系统(如图8) 设备间子系统应由综合布线系统的建筑物进线设备、电话、数据、计算机等各种主机设备及其保安配线设备等组成。设备间内的所有进线终端设备应采用色标区别各类用途的配线区。设备间子系统是布线系统最主要的管理区域,所有楼层的资料都由电缆或光纤电缆传送至此。通常,此系统安装在计算机系统、网络系统和程控机系统的主机房内。
建筑群子系统(如图9) 建筑群子系统由二个以上建筑物的电话、数据、监视系统组成一个建筑群综合布线系统,其连接各建筑物之间的缆线和配线设备,组成建筑群子系统。建筑群子系统所需要的硬件主要包括:导线、电缆、光缆以及防止电缆上的脉冲进入建筑物的电气保护装置等。
综合布线拓扑结构以及典型配置(综合布线拓扑结构)(如图10)
典型配置为每个工作区有二个或以上信息插座;每个工作区的配线电缆为2条4对对绞电缆;采用增值接式或插接交接硬件;每个工作区的干线电缆至少4对对绞线。
4 综合布线以及测试技术
在综合布线系统工程实施过程中,由于线缆、铜缆、光缆和接插件以及相应配套的产品是我们和用户共同选定的,虽然这些线缆和接插件都满足IS011801、EIA/TIA568A、TSB-36、TSB-40、TSB-67等标准,产品均通过了UL认证,但因设计和实施过程中是将这些线缆和接插件有机地结合在一起的,其整个工程过程中加入了大量的人为因素,必将对整个缆线系统在诸如连接正确性,接续可靠性,短路,开路,信号衰减,近端串扰(NEXT),突发性干扰,计算机网络的连接可靠性,误码率及整体性能等方面产生很大的影响。因此,有必要在诸方面对整个布线系统进行全面测试,以向用户证明缆线系统的安装和网络系统安装是合格的。综合布线的质量至关重要,事实上,计算机网络工作时,设备是很少出故障的,所产生的错误有60%是安装问题,因此认真测试保证质量是确保网络安全运行的关键。
对综合布线测试技术而言,第一,验证测试。第二,链路或信道的认证测试。
对于光缆链路的关键物理参数:衰减:①衰减是光在光沿光纤传输过程中光功率的减少。②对光纤网络总衰减的计算:光纤损耗(LOSS)是指光纤输出端的功率Power out与发射到光纤时的功率Power in的比值。③损耗是同光纤的长度成正比的,所以总衰减不仅表明了光纤损耗本身,还反映了光纤的长度。④光缆损耗因子(α):为反映光纤衰减的特性,我们引进光缆损耗因子的概念。⑤对衰减进行测量:因为光纤连接到光源和光功率计时不可避免地会引入额外的损耗。所以在现场测试时就必须先进行对测试仪的测试参考点的设置(即归零的设置)。对于测试参考点有好几种的方法,主要是根据所测试的链路对象来选用的这些方法,在光缆布线系统中,由于光纤本身的长度通常不长,所以在测试方法上会更加注重连接器和测试跳线上。回波损耗: 反射损耗又称为回波损耗,它是指在光纤连接处,后向反射光相对输入光的比率的分贝数,回波损耗愈大愈好,以减少反射光对光源和系统的影响。改进回波损耗的方法是,尽量选用将光纤端面加工成球面或斜球面是改进回波损耗的有效方法。插入损耗: 插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后,其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。插入损耗愈小愈好。插入损耗的测量方法同衰减的测量方法相同。
具体测试方法(如图11):
5 总结
现在,人类建筑行为有很大程度资源、环境的破坏。日本研究表明:在环境总体污染中与建筑业有关的占34%。在能源方面,建筑业也是个耗能大户,据统计,全球50%的能量消耗与建筑的建造与使用过程中有关。而智能建筑可以提高设备功能,减少运行人员,而且利用控制系统,可有效的节约能源消耗,降低运行成本。智能建筑不仅仅可为人们提供舒适,便利的环境,还具有可持续发展的节能功效。智能建筑应该成为人类与自然和谐共存,可持续发展的建筑。
随着信息社会的到来,由于自动控制技术及计算机技术的发展,智能建筑发展的比例越来越大。因此,智能建筑要走节能、拥有健康环境的可持续发展道路是必然的。
关键词:智能建筑 网络设计
1 绪论
智能建筑(Intelligent Building)简称IB,是信息时代和计算机应用科学的必然产物,是现代高科技与建筑完美结合。它一般被认为是利用系统集成方法,将计算机技术、通讯技术、信息技术和建筑艺术有机结合,通过对设备的自动监控,对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其建筑的优化组合,所获得的投资合理、适合信息社会要求并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。
2 需求分析和设计标准
时下,智能建筑正向着集成化、智能化、协调化方向发展,实现智能化管理已成为重要标志。国外对智能大楼的研究早在80年代初就开始了,并在大厦出租率、投资回收率、经济效益等方面取得成功。在设计上考虑了以下几点:①实用性——即能支持各种数据通信、多媒体技术以及信息管理系统等,并且能适应现代和未来技术的发展,保证15~20年不落后;②灵活性——即任意信息点能够连接不同类型的设备,如微机、打印机、终端、服务器等;③开放性——即能支持任何厂家的任意网络产品,支持任意网络结构(总线型、星型、环型等);④模块化——结构化布线系统中除去固定于建筑物内的水平线缆外,其所有的接插件都是积木式的标准件,以方便使用管理和扩充;⑤扩展性——实施后的结构化布线系统是可扩充的,以便将来有更大的需求时,很容易将设备安装进去;⑥经济性——一次性投资,维护费用极低,使整体投资达到最佳。
3 智能建筑中的弱电系统
智能建筑弱电技术的定义为智能建筑弱电系统是以建筑环境和系统集成为平台,主要通过综合布线系统作为传输网络基础通道,由各种弱电技术与建筑环境的各种设施有机结合和综合运用形成各个子系统,从而构成了符合智能建筑功能等方面要求的建筑环境。
智能建筑中的弱电主要有两类:一类是国家规定的安全电压等级及控制电压等低电压电能,有交流与直流之分,如24V直流控制电源,或应急照明灯备用电源。另一类是载有语音、图像、数据等信息的信息源,如电话、电视、计算机的信息。
智能建筑弱电技术基本涵义仍然是原来意义上的弱电技术,只不过随着现代弱电高新技术的迅速发展,智能建筑中的弱电技术应用越来越广泛。它是由现代计算机技术、现代通信技术、现代自动控制技术和现代图像显示技术、综合布线技术、系统集成技术等现代信息技术以及其他现代高新技术与建筑技术的有机结合构成的,弱电技术的应用程度决定了智能建筑的智能化程度。
在总体结构上,我们建议设置一个中央控制室,所有子系统的控制中心(包括消防控制中心)都集中到中控室,这样做既方便了管理又节省了不少人力、财力、物力。考虑到各种因素,中控室可以用玻璃墙隔成不同的区域,以放置各子系统的控制柜。
在各子系统配置上①安全防范系统:闭路电视监控系统:对大厦主要部位进行24小时实施监视。并作记录,以便发生事故后备查。②信息管理系统:停车场系统:智能收费和管理系统。楼宇控制系统:实现机电设备的监控从而节约能源、节省经费;实现所有智能系统的集中管理。③信息网络系统:以太网接入:为增值服务提供平台。有线及卫星系统:获得娱乐的主要手段。综合布线系统:建立通讯网络(即信息网络)基础通道。手机信号放大系统:处处无手机信号盲区。
网络拓扑结构设计(如图1)
综合布线系统结构(如图2)
综合布线系统应采用星型拓扑结构,该结构下的每个分支子系统都是相对独立的单元,对每个分支单元系统改动都不影响其他子系统。参考国际标准的规定,将建筑物综合布线系统分为六个子系统:①工作区子系统②配线(水平)子系统③干线(垂直)子系统④设备间子系统⑤管理子系统⑥建筑群子系统。(如图3)
工作区子系统(如图4) 工作区子系统由终端设备连接到信息插座的连线(或软线)组成。它包括装配软线、连接件和连接所需的扩展软线,并在终端设备和输入/输出(I/O)之间搭接,相当于电话配线系统中连接话机的用户线及话机终端部分。在智能大厦综合布线系统中,工作区常用术语服务区(coveragearea)替代,通常服务区大于工作区。终端设备可以是电话、微机和数据终端,也可以是仪器仪表、传感器探测器。
水平布线子系统(如图5) 水平区子系统应由工作区用的信息插座,楼层分配线设备至信息插座的水平电缆、楼层配线设备和跳线等组成。一般情况,水平电缆应采用4对双绞线电缆。在水平子系统有高速率应用的场合,应采用光缆,即光纤到桌面。水平子系统根据整个综合布线系统的要求,应在二级交接间、交接间或设备间的配线设备上进行连接,以构成电话、数据、电视系统和监视系统,并方便地进行管理。水平子系统的电缆长度应小于90米,信息插座应在内部做固定线连接。
管理间子系统(如图6) 管理间子系统应由交接间的配线设备,输入/输出设备等组成,也可应用于设备间子系统中。其主要设备是配线架、跳线、交换机或集线器、理线器、机柜等。其主要功能是对本层楼所有的信息点实现配线管理及功能变换,以及连接本楼层的水平子系统和垂直干线子系统。
垂直干线子系统(如图7) 垂直干线子系统应由设备间子系统、管理子系统和水平子系统的引入口设备之间的相互连接电缆组成。它连接通讯室、设备间和入口设备,包括主干电缆、中间交换和主交接、机械终端和用于主干到主干交换的接插线或插头。主干布线要采用星形拓扑结构,接地应符合EIA/TIA607规定的要求。垂直干线子系统应由设备间的配线设备和跳线以及设备间至各楼层分配线间的连接电缆组成。
设备间子系统(如图8) 设备间子系统应由综合布线系统的建筑物进线设备、电话、数据、计算机等各种主机设备及其保安配线设备等组成。设备间内的所有进线终端设备应采用色标区别各类用途的配线区。设备间子系统是布线系统最主要的管理区域,所有楼层的资料都由电缆或光纤电缆传送至此。通常,此系统安装在计算机系统、网络系统和程控机系统的主机房内。
建筑群子系统(如图9) 建筑群子系统由二个以上建筑物的电话、数据、监视系统组成一个建筑群综合布线系统,其连接各建筑物之间的缆线和配线设备,组成建筑群子系统。建筑群子系统所需要的硬件主要包括:导线、电缆、光缆以及防止电缆上的脉冲进入建筑物的电气保护装置等。
综合布线拓扑结构以及典型配置(综合布线拓扑结构)(如图10)
典型配置为每个工作区有二个或以上信息插座;每个工作区的配线电缆为2条4对对绞电缆;采用增值接式或插接交接硬件;每个工作区的干线电缆至少4对对绞线。
4 综合布线以及测试技术
在综合布线系统工程实施过程中,由于线缆、铜缆、光缆和接插件以及相应配套的产品是我们和用户共同选定的,虽然这些线缆和接插件都满足IS011801、EIA/TIA568A、TSB-36、TSB-40、TSB-67等标准,产品均通过了UL认证,但因设计和实施过程中是将这些线缆和接插件有机地结合在一起的,其整个工程过程中加入了大量的人为因素,必将对整个缆线系统在诸如连接正确性,接续可靠性,短路,开路,信号衰减,近端串扰(NEXT),突发性干扰,计算机网络的连接可靠性,误码率及整体性能等方面产生很大的影响。因此,有必要在诸方面对整个布线系统进行全面测试,以向用户证明缆线系统的安装和网络系统安装是合格的。综合布线的质量至关重要,事实上,计算机网络工作时,设备是很少出故障的,所产生的错误有60%是安装问题,因此认真测试保证质量是确保网络安全运行的关键。
对综合布线测试技术而言,第一,验证测试。第二,链路或信道的认证测试。
对于光缆链路的关键物理参数:衰减:①衰减是光在光沿光纤传输过程中光功率的减少。②对光纤网络总衰减的计算:光纤损耗(LOSS)是指光纤输出端的功率Power out与发射到光纤时的功率Power in的比值。③损耗是同光纤的长度成正比的,所以总衰减不仅表明了光纤损耗本身,还反映了光纤的长度。④光缆损耗因子(α):为反映光纤衰减的特性,我们引进光缆损耗因子的概念。⑤对衰减进行测量:因为光纤连接到光源和光功率计时不可避免地会引入额外的损耗。所以在现场测试时就必须先进行对测试仪的测试参考点的设置(即归零的设置)。对于测试参考点有好几种的方法,主要是根据所测试的链路对象来选用的这些方法,在光缆布线系统中,由于光纤本身的长度通常不长,所以在测试方法上会更加注重连接器和测试跳线上。回波损耗: 反射损耗又称为回波损耗,它是指在光纤连接处,后向反射光相对输入光的比率的分贝数,回波损耗愈大愈好,以减少反射光对光源和系统的影响。改进回波损耗的方法是,尽量选用将光纤端面加工成球面或斜球面是改进回波损耗的有效方法。插入损耗: 插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后,其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。插入损耗愈小愈好。插入损耗的测量方法同衰减的测量方法相同。
具体测试方法(如图11):
5 总结
现在,人类建筑行为有很大程度资源、环境的破坏。日本研究表明:在环境总体污染中与建筑业有关的占34%。在能源方面,建筑业也是个耗能大户,据统计,全球50%的能量消耗与建筑的建造与使用过程中有关。而智能建筑可以提高设备功能,减少运行人员,而且利用控制系统,可有效的节约能源消耗,降低运行成本。智能建筑不仅仅可为人们提供舒适,便利的环境,还具有可持续发展的节能功效。智能建筑应该成为人类与自然和谐共存,可持续发展的建筑。
随着信息社会的到来,由于自动控制技术及计算机技术的发展,智能建筑发展的比例越来越大。因此,智能建筑要走节能、拥有健康环境的可持续发展道路是必然的。
